Az “AC” “A” “F” “B” és “B+” típusú fi-relék tulajdonságai és alkalmazásuk az épületvillamosság különböző területein.

Az elmúlt évtizedekben hatalmas fejlődésen mentek keresztül a hibaáramvédelmi készülékek. Nagyon fontos különbséget tenni a főbb típusok között, és tisztában kell lenni azzal is, hogy az épületvillamosság legkülönbözőbb területein mikor és melyiket kell és lehet alkalmazni.

A típusjelre koppintva vagy kattintva, közvetlenül a keresett típushoz ugorhatsz a cikkben. De végig is olvashatod az egész cikket. Igaz, kb.: 10-15 percet vesz igénybe, de a típusokkal és azoknak a tulajdonságaival képben lesz az olvasó.

Az „AC” típusú Fi-relé tulajdonságai és alkalmazása:

Az AC típus alkalmazását személyvédelemre számos európai országban tiltják a szabványok. Ennek ellenére Magyarországon ez a legelterjedtebb még mindig. Ma már célszerű mellőzni az AC típus beépítését. Háztartások megkerülő áram védelmére is már az “A” típusú védelem felel meg leginkább. Az olyan áramkörök hibaáram védelmére viszont továbbra is kiválóan alkalmazható melyek ohm-os fogyasztókat táplálnak. Ohm-os fogyasztó például a hagyományos főzőlappal rendelkező tűzhelyek és sütők, vagy az elektromos hőtárolós vízmelegítők többsége. Az AC típusú ÁVK kettő és négy pólusú verzióban érhető el.

Miért nem ajánlott az AC típusú védelmi készülék alkalmazása?

Mindig figyelembe kell venni azt a tényt, hogy az elektromos hálózathoz kapcsolt fogyasztók hatást gyakorolnak az áram-védőkapcsolókra. Ezek a hatások általában nem kívánatosak. Az AC típus csak és kizárólag váltakozó megkerülő áramok érzékelésére képesek. Ha a hibaáram egyenáramú összetevőt is tartalmaz, a vasmagnak csökken az érzékenysége, esetleg telítődik. Ebben az esetben fennáll a reális veszélye annak, hogy váltakozó hibaáram nem fogja a védelmi készüléket kioldani. Ezzel a veszéllyel feltétlenül számolni kell. A háztartásokban ma már számtalan olyan készülék van használatban, aminek a hibaárama egyenáramú összetevőt is tartalmazhat.

Az AC típusú ÁVK által érzékelt hibaáram-jelalakok:

Hirtelen létrejövő vagy lassan emelkedő tisztán szinuszos váltakozó hibaáram érzékelésére képes, 50Hz-s hálózati frekvencián. Nyilván azért nem kell azonnal eltemetni az AC típust, de ha villanyszerelési munkálatok folynak, vagy esetleg meghibásodás miatt új ÁVK-t kell bekötni, már az A típust célszerű választani.

Az “A” típusú Fi-relé.

Magyarországon kevésbé terjedt el az áram-védőkapcsolóknak az A típusú verziója, pedig sokkal kifinomultabb és megbízhatóbb védelmet biztosít, mint a jóval elterjedtebb AC típus. Elsősorban az A típus viszonylag jelentős felára lehetett az ok, ami miatt háztartások esetében a megrendelők és a villanyszerelő szakemberek is inkább az AC fajtájú fi-relé beépítése mellett döntöttek. Ez mára szerencsére megváltozott. Szinte az összes neves gyártó kínálatában szerepel lakossági ügyfeleket megcélzó védelmi készülék család, melynek részeként az AC típus mellett elérhetővé váltak néhány ezer forintos felárral az A Típusú fi-relék is.

Ez azt jelenti, hogy 15K környékén lehet 4 pólusú 30mA érzékenységű 25A névleges áramú A típusú áram-védőkapcsolót vásárolni, így az ár már nem lehet akadálya a beépítésének. Jelenleg itthon nem kötelező az A típus alkalmazása, de ennek ellenére a háztartások hibaáram védelmére is kizárólag az A típusú fi-relét érdemes alkalmazni.

Az “A” típusú Fi-relé tulajdonságai és alkalmazása:

Az A típus minden hibaáram-jelalakot képes detektálni amire az AC típus képes, valamint a működési elvük is megegyezik. Viszont van néhány fontos különbség a két típus között. Az A típusú fi-relé a pulzáló egyenáramú (szinusz-félhullámú) megkerülőáramok érzékelésére is képes. Ezen felül 6mA-nál nem nagyobb, tiszta egyenáramú összetevő is jelen lehet a hibaáramban vagy a szivárgóáramban. A maximum 6mA DC áramú összetevő jelenléte mellett is, megbízhatóan fog működni hiba esetén.

A gyártok kifejezetten erre a célra kifejlesztett vasmagot építenek ebbe a védelmi készülékbe. Ezek a vasmagok olyan összetevőket is tartalmaznak melynek következtében számos fizikai tulajdonságuk megváltozik, mint például a permeabilitás, anyagsűrűség vagy a tömeg. Itt azért fontos megjegyezni, hogy a DC hibaáram érzékelésére képtelen, csupán a működését nem befolyásolja negatívan az, ha 6mA-nál nem nagyobb tiszta egyenáramú összetevő szuperponálódik a váltakozó szinuszos, vagy a pulzáló egyenáramú hibaáramra.

Mi teszi indokolttá az “A” típusú fi-relé alkalmazását?

Számtalanan olyan készülék van, amelyeknek a működéséhez DC áram előállítására van szükség. Ezeknek a készülékeknek a tápegységei állítják elő a működéshez szükséges egyenáramot úgy, hogy az elektromos hálózatból (230V/50Hz) nyert energiát egyen irányítják. Ebben az esetben a félvezető és kapcsolóelemek a hálózati transzformátor szekunder oldalán helyezkednek el, ami azt jelenti nincsenek galvanikus kapcsolatban a táplálóhálózattal. De sajnos a hagyományos analóg vezérléssel rendelkező tápegységek jellemzően rossz hatékonysággal működnek. Veszteségeik mellett a méretük és súlyuk is egyre nagyobb problémát jelent az elektronikai készülék gyártóknak. Az energiahatékonyság növelése, valamint az előállítási költségek csökkentéséért folytatott állandó harc új megoldások fejlesztését követelték meg. Ez a kapcsolóüzemű tápegységek kifejlesztését és elterjedését eredményezte.

És ennek mi köze van az áram-védőkapcsolókhoz?

A kapcsolóüzemű tápegységek alkalmazásával méret és súlycsökkenést, de legfőképpen energiatakarékos üzemeltetést lehet elérni. Ezért az elektromos szerkezetek csaknem mindegyike ma már kapcsolóüzemű tápegységgel rendelkezik. A kapcsolóüzemű tápegységek merőben más vezérlési technológiát alkalmaznak, mint a hagyományos társaik. Ebben az esetben a tápegység félvezető és kapcsolóelemei galvanikus kapcsolatban vannak az elektromos hálózattal. Ezeknek a fogyasztóknak a hibaáramai és szivárgóáramai olyan egyenáramú összetevőket, és a hálózati feszültség jelalakjától eltérő jelalakot is tartalmazhatnak, melyek az AC típusú ÁVK működését befolyásolják, késleltetik, vagy súlyosabb esetben akár meg is gátolhatják. Kapcsolóüzemű tápegységek biztosítják például a számítógépek, nyomtatók, monitorok tápellátását. Sok esetben a háztartási gépek gyártói is előírják az A típusú megkerülőáram védelmet, például egyes mosó és mosogatógépek, klímaberendezések, illetve indukciós főzőlapok esetében. Örök klasszikus példa még dimmer alkalmazása, de szintén megkövetelik ezt a típusú védelmet az elektronikus előtétek, és a LED fényforrásokat meghajtó első érintésvédelmi osztályba sorolt tápegységek is. De a sort végtelenségig lehetne még folytatni.

Az “A” típusú fi-relé fel van készítve a mai modern eszközök hibaáramainak megbízható érzékelésére melyek csatlakoznak a berendezés védővezetőjéhez is. Az, hogy mennyire fontos érintésvédelmi szempontból a tisztán szinuszos hibaáram mellett a félhullámú hibaáramokat is érzékelje az áram-védőkapcsoló, az abból is látszik, hogy számos európai országban legalább az “A” típust kell alkalmazni személyvédelemre. Az AC típus beépítését nem engedélyezik ilyen céllal.

Az „F” típusú Fi-relé.

Az „F” típusú áram-védőkapcsoló alkalmazását az egyfázisú frekvenciaváltók (inverterek) teszik indokolttá. Az elektronikus hajtásvezérlők segítségével fokozatmentesen változtatható meg a hálózati feszültségről táplált aszinkron (indukciós) motorok fordulatszáma. Segítségével az aszinkronmotor teljesítménye az éppen aktuális igényekhez igazítható. Az energiatakarékosság egyre nagyobb jelentőséggel bír, és egyre fontosabb, hogy mindig az aktuális igényeknek megfelelő fordulatszám és teljesítményszint legyen előállítva. A hajtástechnikai kapcsolások alkalmazásával jelentős mennyiségű energia takarítható meg, ami környezetvédelmi és anyagi szempontból is kiemelt fontosságú. Ezért az ipar területén a hajtások nagy számban vannak használva különböző feladatokat ellátó elektromos motorok fokozatmentes fordulatszám vezérlésére. De tévedés azt gondolni, hogy az egyfázisú feszültség- és frekvenciaátalakítókat csak az ipar alkalmazza.

A háztartásokban is számos készülék van felszerelve frekvenciaváltóval. A modern és magas energiahatékonysági besorolással rendelkező mosógépek, mosogatógépek klímaberendezések, keringtető szivattyúk és hőszivattyúk frekvenciaváltó technológiát használnak az aszinkronmotorok gazdaságos meghajlítására. De az egyfázisú frekvenciaváltók, vagy az azzal szerelt villamos szerkezetek komolyabb védelmet követelnek meg, mint az „AC” és „A” típusú áram-védőkapcsolók nyújtani tudnak. Az egyfázisú hajtások esetén még nincs szükség B típusú védelemre, de az A típus nem szolgáltat teljes körű hiba és nem kívánatos lekapcsolás elleni védelmet. Az A és a B jelzéssel ellátott készülékek között nem csak árban, de tudásban is hatalmas a szakadék. Az F típusú ÁVK a kettő között lévő űrt igyekszik kitölteni, tehát minden képpen hiányt pótló megoldás az épületvillamosság területén.

Miért szükséges az egyfázisú frekvenciaváltók (inverterek) esetében „F” típusú áram-védőkapcsolót alkalmazni?

Az egyfázisú frekvenciaváltóváltó kimenetén széles tartományban változtatható a frekvencia. Ha a szigetelési probléma az egy fázisú frekvenciaváltó kimenete és a meghajtott motor között jön létre, akkor ennek megfelelően a hibaáram frekvenciája el fog térni a hálózat névleges (50hz) frekvenciájától. Az A és az AC típusok 50Hz vagy 50/60Hz-es hibaáramok érzékelésére vannak felkészítve és a tesztelésük is az adott frekvencián történik, és ennek megfelelően a működésüket is csak ezen a frekvencián garantálják. Ezzel szemben az F típus 1000Hz-ig képes érzékelni a hibaáramokat.

Alkalmazási példa az F típusú áram-védőkapcsolóra:

1.A frekvenciaváltó bemenetén létrejövő hibaáram szinuszos. Az itt létrejövő hibaáramot az “AC” “A” és “F” típusú ÁVK egyaránt képes érzékelni.

2.Az egyenirányító után pulzáló DC hibaáram jön létre. Ezt a megkerülőáramot az “A” és az “F” típus érzékeli.

3.A hajtás kimenetén megjelenő feszültség szinuszos, de eltér hálózat frekvenciájától. Ennek megfelelően fog a hibaáram frekvenciája is alakulni. Mivel a frekvenciatartomány viszonylag széles, ezért csak az F típusú ÁVK nyújt megbízható védelmet.

Az F típusú Fi-relé tulajdonságai:

Az „F” típusú áram-védőkapcsoló ugyanazon hibaáram-jelalakok érzékelésére képesek, mint az „A” típus (hirtelen fellépő és lassan emelkedő AC és pulzáló DC), és a működési elve is megegyezik vele. Viszont van néhány kulcsfontosságú különbség az „A” és az „F” típus tulajdonságai között.

A legfontosabb eltérés, hogy az „F” típusú fi-relé alkalmas arra, hogy a testzárlat következtében létrejövő megkerülőáramokat viszonylag széles frekvenciatartományban is megbízhatóan érzékelje. Ez a tartomány az „F” típus esetében 10hz-től egészen 1Khz-ig terjed. Ilyen összetett frekvenciájú váltakozó áramú hibaáram jellemzően az egyfázisú frekvenciaváltók, vagy egyfázisú frekvenciaváltót tartalmazó készülékek képesek produkálni

Az egyenáram jelenléte áramösszegző transzformátor kis tömegű vasmagjának telítődését okozza. Ez a hatás finoman szólva nem kívánatos az áram-védőkapcsolók esetében sem. Ha vasmag telítődik az egyenáramú összetevő miatt a váltakozó hibaáram sem fogja a készüléket megbízhatóan működtetni. Fontos kihangsúlyozni, hogy a DC hibaáram érzékelésére nem képes az F típus, de a hibaáram egyenáramú összetevője 10mA-ig (A típusú védelem esetében 6mA) garantáltan nem befolyásolja negatívan az F típus működését.

A „F” típusú védelmi készülék kicsi, 10ms-os késleltetéssel rendelkezik, amihez 3kA lökőáram álló tulajdonság is társul. Mind ez annak érdekében, hogy azoknak a nem kívánatos lekapcsolásoknak a számát minimálisra csökkentse, amelyeket az üzemszerűen létrejövő, gyorsan lefutó tranziens megkerülőáramok okoznak. Jellemzően az összetett felharmonikus tartalomból adódó szivárgóáramok az egyfázisú frekvenciaváltók kimenetén is meg jelennek.

Összességében az „F” típusú áram-védőkapcsoló alkalmazásával magasabb szintű berendezés és személyvédelmet lehet biztosítani, és nem csak ott, ahol egyfázisú frekvenciaváltó van működtetve. A tulajdonságainak köszönhetően, alkalmazásával a téves, nem kívánt lekapcsolások számát is minimálisra lehet csökkenteni. Sajnos ennek a viszonylag új fejlesztésű áram-védőkapcsolónak az árképzése nem éppen baráti. A belépőszint 150 és 200 Eurós tartományban helyezkedik el a paramétereinek függvényében. Az egyfázisú hajtások vagy beépített egyfázisú frekvenciaváltóval rendelkező szerkezetek hibaáram védelmére feltétlenül ajánlott, de nem valószínű, hogy a háztartásokban történő alkalmazása elterjedt lesz egyelőre, az ára miatt.

B és B+ típusú Fi-relé:

B és a B+ típusok jelenleg a legmagasabb szintű biztonsági és technikai színvonalat képviselik. B típus rendelkezik az AC, A és F típusú fi-relé minden tulajdonságával, de a váltakozó hibaáram mellett a tiszta dc hibaáram érzékelésére is képesek. Minden olyan váltakozó áramú rendszerben alkalmazható, ahol DC hibaáram megjelenésére kell számítani. Ilyen terület például a szünetmentes áramellátó rendszerek, számítógép parkok vagy a napelemes megoldások, háromfázisú frekvenciaváltók, de B típusú megkerülőáram védelemre van szükség az elektromos autók töltőrendszereinek az esetében is. Fontos kihangsúlyozni, hogy a B és B+ típusú fi-relé csak váltakozó áramú 50/60Hz-es hálózaton használhatók. Tehát nem alkalmazható egyenáramú vagy a megadottól eltérő frekvencián üzemelő áramkörökben.

Az univerzális hibaáram érzékelésnek sajnos megvan az ára. Jellegükből adódóan, és a többi áram-védőkapcsolóhoz mérten igen összetett. B típusú védelmi készülékek belépő ára kb.: 800 Eurótól indul, a B+-os verzióért ennél is többet kérnek kb.: 1000 Euró környéke az induló ár.

B és a B+ típusú áram-védőkapcsoló működési elve:

Ezek a védelmi készülékek két, egymással párhuzamosan kapcsolt érzékelő rendszerrel (két toroiddal) vannak ellátva. Az egyik toroid váltakozó áramú és a pulzáló egyenáramú hibaáramokat, a másik toroid az egyenáramú hibaáramokat érzékeli. Az üzemi vezetők mind a két toroidon át vannak vezetve. Az első elektromechanikus módon, és függetlenül működik a hálózati feszültségtől mint az AC, A és az F típus esetében is.

• a, I. Áramösszegző transzformátor. Váltakozó és a pulzáló egyenáramú megkerülőáramokat érzékeli.
• b, II. Áramösszegző transzformátor. A tiszta egyenáramú megkerülőáramokat érzékeli.
• c, Az első transzformátor szekunder tekercselése.
• d, A második transzformátor szekunder tekercselése.
• e, Elektronika az áram-védőkapcsoló kioldásához DC hibaáram jelenlétének az esetében.
• f, Állandó mágnes kioldó relé.

Viszont a második toroidnak a dc hibaáram érzékeléséhez szüksége van egy minimális tápfeszültségre. Működése a ferromágneses anyagok telítési (szaturációs) mágnesezettségén alapszik. Ha DC megkerülőáram jelenik meg, akkor a vasmag telítődik. Ennek következtében a vasmagnak megváltozik a mágneses permeabilitása. Ezt egy elektronika érzékeli és jelet küld a kioldórelének. Köszönhetően a két különálló érzékelő rendszernek, a B és B+ típusú áram-védőkapcsolók gyakorlatilag bármilyen fajta hibaáram érzékelésére képesek.

Alkalmazási példa B és a B+ típusú fi-relére:

B és B+ típusú ÁVK alkalmazására a legjobb példa a háromfázisú hajtások alkalmazása. Az indukciós motorok a legelterjedtebb elektromos motorok. A gazdaságos és hatékony üzemeltetésük a fordulatszámuk szabályozásával érhető el. A fordulatszám szabályozása viszont a frekvencia változtatásával lehetséges amihez már frekvenciaváltóra van szükség. A háromfázisról táplált aszinkronmotorok meghajtását biztosító készülékeknek az esetében több fajta hibaáram létrejöttére is lehet számítani. Váltakozó áramú hibaáram (50Hz) hálózati frekvencián, egyenáramú hibaáram és váltakozó áramú hibaáram széles skálán elterülő frekvencián. Mivel a B és a B+ típus mindegyik hibaáram fajtát képes érzékelni, ezért ezeknek a szerkezeteknek a hibaáram védelmére csak ez a készülék jöhet szóba.

1. Ha a háromfázisú frekvenciaváltó bemenetén keletkezik testzárlat, akkor a föld irányában tisztán szinuszos 50Hz-es váltakozó áram fog megindulni. Az ezen a ponton létrejövő hibaáram detektálására képes az AC, A, F és a B típusú Fi-relé.

2. A váltakozó feszültség egyenirányítását 6 pólusú egyenirányító híd végzi. Testzárlat esetén az itt megjelenő megkerülőáram egyenáram. Az ezen a ponton létrejövő megkerülőáram érzékelésére már csak a B típusú védelmi készülék képes.

3. Az inverter az egyen (DC) feszültséget váltakozó (AC) feszültséggé alakítja, az aktuális igényeknek megfelelő frekvencián. A háromfázisú frekvenciaváltó kimenetétől egészen az aszinkronmotorig testzárlat esetén váltakozó megkerülőáram jön létre széles frekvenciatartományban. Megjelenhet DC összetevő hibaáram is, függően a frekvenciaváltó üzemmódjától. Ezért a háromfázisú motor meghajtások esetében szintén B típusú ÁVK-t szükséges installálni.

B és a B+ típusú Fi-relék közötti különbségek:

Mind a kétfajta AC és a pulzáló DC megkerülőáramokat széles frekvenciatartományban képes érzékelni. Ez a tartomány a B típus esetében 2khz-ig terjed, és a B+ típus esetében már 20khz-ig.